궤도를 통해 알아보는 다양한 ‘위성의 길’
모든 위성은 자신만의 길(위성의 궤도)이 있습니다. 위성의 임무에 따라 길의 형태가 다르며, 일반적으로 고도에 따라 저궤도, 중간궤도, 지구정지궤도로 나누어집니다. 또한, 특정 목적을 위해 크기나 모양이 특이한 극궤도, 타원궤도도 이용합니다.
저궤도(Low Earth Orbit) 위성은 대기 밀도가 거의 0에 가까운, 지구 대기의 최 상층부를 도는 위성입니다. 이러한 저궤도 위성은 지구와 가까이 돌고 있어 지구의 아름다운 광경들을 볼 수 있는데, 우주에서 찍어오는 아름다운 사진들이 거의 저궤도에서 찍어오는 사진들입니다. 또 대기 밀도가 거의 0에 가깝기 때문에 천문 관측 시에 대기에 의한 영향을 받지 않습니다. 따라서 허블 우주망원경 같은 관측 장비를 궤도 상에 올려서 먼 우주를 촬영하는 데 사용합니다. 저궤도 위성은 주로 고도 500km 이상, 1500km 이하의 궤도에서 돌고 있으며(500km 안쪽에서는 인공위성의 공기저항으로 1년 이내에 떨어지게 되고, 1500km 이상에서는 밴 앨런대의 존재 때문에 지자기의 영향을 받게 되기 때문에 500km~1500km의 궤도를 유지하도록 합니다), 기상 관측, 지구 관측 등의 목적으로 많이 사용됩니다. 우리나라의 우리별 시리즈, 아리랑 시리즈 등의 위성이 저궤도 위성입니다.
극궤도(Polar Orbit) 위성은 저궤도 위성의 특별한 형태로, 북극과 남극을 잇는 궤도를 돕니다. 위성이 북극과 남극을 도는 동안 지구가 자전하게 되는 데 그 때문에 인공위성이 서쪽으로 조금씩 치우쳐가는 현상(인공위성의 서편현상)을 볼 수 있습니다. 지구의 전체표면을 관측할 수 있는 특징이 있으며, 이러한 특징을 이용하여 기상위성, 관측 위성, 군사 위성 등으로 사용됩니다.
정지궤도(Geo-synchronous Orbit) 위성은 지구의 자전 주기와 동일한 공전주기를 가지고 지구 주위를 도는 위성으로 약 36000km 고도에서 지구 주위를 돌게 됩니다. 이때, 지구의 자전 주기와 정지궤도 위성의 공전 주기가 같기 때문에 항상 같은 지역의 위에 떠있는 것처럼 보이게 됩니다. 따라서 우리가 하늘을 볼 때 정지한 것처럼 보이게 되는 것입니다. 이러한 정지궤도 위성은 통신 위성, 기상 위성 등의 목적으로 사용됩니다. 천리안위성 역시 정지궤도 위성입니다.
이 외에도 다양한 인공위성의 길이 존대하며 그 인공위성의 임무에 따라 그 위성만의 길이 결정됩니다.
타원궤도(Elliptical Orbit)
극궤도 위성과는 달리 계란 모양의 타원궤도를 그리며 지구를 돈다. 모든 위성의 궤도는 원 또는 타원의 형태를 보이고 있습니다. 원형의 궤도는 지구와의 거리, 즉 고도가 일정하고 속도 또한 일정하게 움직이고 있습니다. 반면 타원형의 궤도는 지구로부터의 거리가 일정하지 않아서 고도가 높은 지점과 고도가 낮은 지점이 생기게 됩니다. 이때 고도가 가장 높은 지점을 원지점, 고도가 가장 낮은 지점을 근지점이라고 합니다.
타원형 궤도를 도는 위성들은 근지점 근처서는 아주 빠른 속도로 움직이고 원지점 근처서는 아주 느리게 움직이게 됩니다. 다시 말해서 위성의 고도가 낮을수록 빠르게 움직이고 고도가 높을수록 느리게 움직이게 됩니다. 이러한 원리를 이용한 특수 형태의 궤도를 몰니야(Molniya)궤도라고 하는데 정지궤도 위성과 통신을 할 수 없는 고위도 지방에서 통신이나 방송용으로 사용하고 있습니다. 즉, 근지점은 남반구에, 원지점은 북반구에 오도록 궤도를 형성하면 위성은 남반구보다는 북반구에 훨씬 더 오래 머무르게 됩니다. 따라서 적도상의 정지궤도 위성을 사용할 수 없는 러시아 같은 고위도의 나라는 이러한 몰니야 궤도 상의 위성을 이용해서 통신할 수 있습니다.
글 : 한국항공우주연구원